SU847993A1 - Multichannel device of bioelectric control of human being's movements - Google Patents

Description

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам биоэлектрического управления движениями человека.The invention relates to medical equipment, namely to devices for bioelectric control of human movements.

Известно многоканальное устройство биоэлектрического управления движениями человека, содержащее программное устройство, усилитель биопотенциалов, интегратор, модулятор, генератор импульсов, электроды реципиента и обратную связь, выполненную в виде усилителя биопотенциалов, детек тора, интегратора, корректирующего устройства, выполняющего одновременно функцию сравнивающего устройства и включенную между стимулирующими электродами и одним из входов корректирующего устройства .A multi-channel device for bioelectric control of human movements is known, comprising a software device, a biopotential amplifier, an integrator, a modulator, a pulse generator, recipient electrodes and feedback made in the form of a biopotential amplifier, detector, integrator, correction device that simultaneously performs the function of a comparison device and is connected between stimulating electrodes and one of the inputs of the correction device.

Однако известное устройство не обеспечивает возбуждения каждой нервно-мышечной группы реципиента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами.However, the known device does not provide excitation of each neuromuscular group of the recipient in proportion to the excitation of the corresponding group of the donor by sinusoidal stimulating signals.

Цель изобретения - возбуждение каждой нервно-мышечной группы реципиента пропорционально возбуждению ,соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами.The purpose of the invention is the excitation of each neuromuscular group of the recipient in proportion to the excitation of the corresponding donor group with sinusoidal stimulating signals.

Указанная цель достигается тем, что в каждом канале выход блока сравнения соединен с другим входом модулятора, а стимулирующие электроды соединены с выходом усилителя мощности через фильтр верхних частот и со входом цепи обратной связи через фильтр нижних частот.This goal is achieved by the fact that in each channel the output of the comparison unit is connected to another input of the modulator, and the stimulating electrodes are connected to the output of the power amplifier through a high-pass filter and with the input of the feedback circuit through a low-pass filter.

На чертеже приведена блок-схема одного канала многоканального устройства биоэлектрического управления движениями человека.The drawing shows a block diagram of one channel of a multi-channel device bioelectric control of human movements.

Устройство содержит цепь стимуляции, состоящую из электродов 1 донора и стимулирующих электродов 2, усилителя 3 биопотенциалов, интегратора 4, модулятора 5, один из входов которого соединен с генератором 6 стимулирующего сигнала, а выход - с усилителем 7 мощности, цепь обратной связи, состоящую из последовательно соединенных усилителя 8 биопотенциалов и интегратора 9, выход цепи обратной связи соединен с одним 25 из входов блока 10 сравнения, к другому входу которого подключен выход интегратора 4 цепи стимуляции, выход блока 10 сравнения соединен с другим входом модулятора 5, а стиму30 пирующие электроды 2 соединены с вы ходом усилителя 7 мощности через фильтр 11 верхний частот и со входом обратной связи через фильтр 12 нижних частот.The device contains a stimulation circuit consisting of donor electrodes 1 and stimulating electrodes 2, a biopotential amplifier 3, an integrator 4, a modulator 5, one of the inputs of which is connected to a stimulating signal generator 6, and the output to a power amplifier 7, a feedback circuit consisting of connected in series to the biopotential amplifier 8 and integrator 9, the feedback circuit output is connected to one 25 of the inputs of the comparison unit 10, the output of the stimulator circuit integrator 4 is connected to the other input, the output of the comparison unit 10 is connected with another input of the modulator 5, and stimulating electrodes 2 are connected to the output of the power amplifier 7 through the high-pass filter 11 and with the feedback input through the low-pass filter 12.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Программный сигнал в виде электромиограммы, снятой при помощи электродов 1 с нервно-мышечных групп донора, через усилитель 3 биопотенциалов подается на интегратор 4, выполняющий усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени. Далее программный сигнал через блок 10 сравнения поступает на одим из входов модулятора 5, На второй вход 15 модулятора 5 поступает стимулирующий сигнал, например в виде синусоиды 5 кГц, от генератора 6 стимулирующего сигнала. Назначение модулятора заключается в преобразовании сти- 20 мулирующего сигнала так,- что на выходе модулятора появляется управляющий сигнал, по форме совпадающий со стимулирующим сигналом (синусоида 5 кГц), но по амплитуде пропорциональной вели- 2$ чине среднего значения %лектромиограммы нервно-мышечных групп донора. После модулятора через усилитель 7 мощности и фильтр 11 верхних частот управляющий сигнал поступает на сти- _ мулирующие электроды 2, наложенные на соответствующие нервно-мышечные группы реципиента. Назначение фильтра 11 верхних частот (частота среза 3 кГц) состоит в том, чтобы собственные шумы усилителя мощности не по· пали в состав вызванной электромиограммы реципиента (электромиограмма в полосе частот до 1 кГц). Вызванная электромиограмма нервно-мышечных групп реципиента снята при помощи стиму- 40 пирующих электродов 2, которые в данном случае выполняют функцию и отводящих электродов, через фильтр 12 нижних частот (частота среза 1 кГц) и усилитель 8 биопотенциалов поступает на интегратор 9, выполняющий усреднение вызванной электромиограммы реципиента во времени. От интегратора 9 усредненная электромиограмма нервно-мышечных групп реципиента пос- __ тупает на один из входов блока 10 сравнения, на второй вход которого поступает усредненная электромиограм ма нервно-мышечных групп донора (от интегратора 4). в блоке 10 производится сравнение средних значений электромиограммы нервно-мышечных групп донора с вызванной электромиограммой соответствующих нервно-мышечных групп реципиента, и сигнал рассогласования используется для коррекции одного или нескольких параметров управляющего сигнала, например изменяется амплитуда управляющего сигнала. Таким образом, параметры управляющего сигнала автоматически изменяются так, чтобы в каждый момент времени возбуждение нервно-мышечных групп реципиента было пропорционально возбуждению соответствующих нервно-мышечных групп донора.The program signal in the form of an electromyogram, taken with the help of electrodes 1 from the neuromuscular groups of the donor, is fed through an amplifier 3 of biopotentials to an integrator 4, which averages the electromyogram of the neuromuscular groups of the donor over time. Next, the program signal through the comparison unit 10 is fed to one of the inputs of the modulator 5, A stimulating signal, for example in the form of a 5 kHz sine wave, is supplied from the generator 6 of the stimulating signal to the second input 15 of the modulator 5. The purpose of the modulator is to convert the stimulating signal so that the control signal appears in the modulator output, which coincides in shape with the stimulating signal (5 kHz sine wave), but in amplitude proportional to the average value of the% of the neuromuscular muscle electromyogram the donor. After the modulator, through a power amplifier 7 and a high-pass filter 11, the control signal is supplied to stimulating electrodes 2 superimposed on the corresponding neuromuscular groups of the recipient. The purpose of the high-pass filter 11 (cut-off frequency 3 kHz) is that the intrinsic noise of the power amplifier does not fall into the recalled electromyogram of the recipient (electromyogram in the frequency band up to 1 kHz). The resulting electromyogram of the recipient's neuromuscular groups was recorded using stimulating electrodes 2, which in this case also act as discharge electrodes, through a low-pass filter 12 (cutoff frequency 1 kHz) and an amplifier 8 of the biopotentials are fed to an integrator 9, which performs the averaging of the recipient electromyograms in time. From integrator 9, the averaged electromyogram of the recipient's neuromuscular groups arrives at one of the inputs of the comparison unit 10, the second input of which receives the averaged electromyogram of the donor’s neuromuscular groups (from integrator 4). in block 10, the average values of the electromyogram of the donor’s neuromuscular groups are compared with the electromyogram of the corresponding neuromuscular groups of the recipient, and the error signal is used to correct one or more parameters of the control signal, for example, the amplitude of the control signal changes. Thus, the parameters of the control signal are automatically changed so that at each moment of time the excitation of the neuromuscular groups of the recipient is proportional to the excitation of the corresponding neuromuscular groups of the donor.

Claims (1)

Изобретение относитс  к медицинской технике, а именно к устройствам биоэлектрического управлени  движени ми человека. Известно многоканальное устройство биоэлектрического управлени  движени ми человека, содержащее програм мйое устройство, усилитель биопотен циалов, интегратор, модул тор, гене ратор импульсов, электроды реципиен та и обратную св зь, выполненную в виде усилител  биопотенциалов, дете тора, интегратора, корректирующего устройства, выполн ющего одновремен функцию сравнивающего устройства и включенную между стимулирующими эле тродами и одним из входов корректир щего устройства Однако известное устройство не обеспечивает возбуждени  каждсй нервно-мьлиечной группы реципиента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами Цель изобретени  - возбуждение каждой нервно-мыщечной группы реципиента пропорционально возбуждению ,соответствующей группы донора синусоидешьными стимулирук цими сигналаУказанна  цель достигаетс  тем, что в каждом канале выход блока сравнени  соединен с другим входом модул тора , а стимулирующие электроды соединены с выходом усилител  мощности через фильтр верхних частот и со входом цепи обратной св зи через фильтр нижних частот. На чертеже приведена блок-схема одного канала многоканального устройства биоэлектрического управлени  движени ми человека. Устройство содержит цепь стимул ции , состо щую из электродов 1 донора и стимулирующих электродов 2, усилител  3 биопотенциалов, интегратора 4, модул тора 5, один из входов которого соединен с генератором 6 стимулирующего сигнала, а выход - с усилителем 7 мощности, цепь обратной св зи, состо щую из последовательно соединенных усилител  8 биопотенциалов и интегратора 9, выход цепи обратной св зи соединен с одним из входов блока 10 сравнени , к другому входу которого подключен выход интегратора 4 цепи стимул ции, выход блока 10 сравнени  соединен с другим входом модул тора 5, а стимулирующие электроды 2 соединены с выходом усилител  7 мощности через фильтр 11 верхний частот и со входом обратной св зи через фильтр 12 нижних частот. Устройство работает следующим образом. Программный сигнал в виде электромиограммы , сн той при помощи электродов 1 с нервно-мышечных групп донора , через усилитель 3 биопотенциалов подаетс  на интегратор 4, выполн ющий .усреднение электромиограммы нервно-мышечных групп донора во времени Далее программный сигнал через блок 10 сравнени  поступает на одим из входов модул тора 5, На второй вход модул тора 5 поступает стимулирующий сигнал, например в виде синусоиды 5 кГЦр от генератора 6 стимулирующего сигнала. Назначение модул тора заключаетс  в преобразовании ст мулирующего сигнала так, что на выхо де модул тора по вл етс  управл ющий сигнал, по форме совпадающий со стимулирующим сигналом (синусоида 5 кГц но по .амплитуде пропорциональной вел чине среднего значени  Электромиограм мы нервно-мышечных групп донора. Пос ле модул тора через усилитель 7 мощности и фильтр 11 верхних частот управл ющий сигнал поступает на стимулирующие электроды 2, наложенные на соответствующие нервно-мышечные группы реципиента. Назначение фильтра 11 верхних частот (частота среза 3 кГц) состоит в том, чтобы собственные шумы усилител  мощности не по пали в состав вызванной электромиограммы реципиента (электромиограмма в полосе частот до 1 кГц). Вызванна  электромиограмма нервно-мышечных гру реципиента сн та при помощи стимулирующих электродов 2, которые в дан ном случае выполн ют функцию и отвод щих электродов, через фильтр 12 нижних частот (частота среза 1 кГц) и усилитель 8 биопотенциалов поступает на интегратор 9, выполн ющий усреднение вызванной электромиограмм реципиента во времени. От интеграФора 9 усредненна  электромиограмма нервно-мышечных групп реципиента пос тупает на один из входов блока 10 сравнени , на второй вход которого поступает усредненна  электромиограм ма нервно-мышечных групп донора (от интегратора 4), В блоке 10 производитс  сравнение средних значений электромиограммы нервно-мышечных групп донора с вызванной электромиограммой соответствующих нервно-мышечных групп реципиента, и сигнал рассогласовани  используетс  дл  коррекции одного или нескольких параметров управл ющего сигнала, например измен етс  амплитуда управл ющего сигнала . Таким образом, параметры управл ющего сигнала автоматически измен ютс  так, чтобы в каждый момент времени возбуждение нервно-мышечных групп реципиента было пропорционально возбуждению соответствующих нервно-мышечных групп донора. Формула изобретени  Многоканальное устройство биоэлектрического управлени  движени ми человека, каждый канал которого содержит цепь стимул ции, состо щую из глектродов донора и реципиента, усилител  биопотенциалов, интегратора и модул тора, один из входов которого соединен с генератором стимулирующего сигнала, а выход с усилителем мощности и цепь обратной св зи , состо щую из последовательно соединенных усилител  биопотенциалов и интегратора, выход цепи обратной св зи соединен с одним из входов блока сравнени , к другому входу которого подключен выход интегратора цепи стимул ции, отличающеес  тем, что, с целью возбуждени  каждой нервно-мышечной группы реципиента пропорционально возбуждению соответствующей группы донора синусоидальными стимулирующими сигналами, в каждом канале выход блока сравнени  соединен с другим входом модул тора, а стимулирующие электроды соединены с выходом усилител  мощности через фильтр верхних частот и со входом цепи обратной св зи через фильтр нижних частот. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Моделирование в биологии и медицине . Вып. 2, К. 1966, с. 34-39 (поототип).The invention relates to medical technology, namely to bioelectric human movement control devices. A multi-channel human bioelectric motion control device is known, which contains a programmer device, a biopotential amplifier, an integrator, a modulator, a pulse generator, recipient electrodes, and feedback, made in the form of a biopotential amplifier, a detector, an integrator, a corrector, the simultaneous function of the comparator device and connected between the stimulating electrodes and one of the inputs of the corrective device. However, the known device does not provide excitation each recipient neuropathic group is proportional to the excitation of the corresponding donor group by sinusoidal stimulating signals. The purpose of the invention is to excite each recipient neuromuscular group proportional to the excitation corresponding to the donor group by sinusoidal stimuli of the signal. torus, and the stimulating electrodes are connected to the output of the power amplifier through a high-pass filter and to the input of the feedback through a low pass filter. The drawing shows a block diagram of a single channel of a multi-channel bioelectric human motion control device. The device contains a stimulation circuit consisting of donor electrodes 1 and stimulating electrodes 2, biopotential amplifier 3, integrator 4, modulator 5, one of the inputs of which is connected to a stimulating signal generator 6, and output to a power amplifier 7, feedback circuit A connection consisting of series-connected amplifier 8 biopotentials and integrator 9, the output of the feedback circuit is connected to one of the inputs of the comparator unit 10, the output of the integrator 4 of the stimulation circuit is connected to another input, the output of the comparator unit 10 to another input of modulator 5 and the stimulating electrodes 2 are connected to the output power amplifier 7 through the filter 11 and the upper frequencies to the input of the feedback filter 12 through the lower frequencies. The device works as follows. A program signal in the form of an electromyogram, removed with the help of electrodes 1 from the donor's neuromuscular groups, via amplifier 3 biopotentials, is fed to integrator 4, which performs the averaging of the donor's neuromuscular electromyograms over time. from the inputs of the modulator 5, the second input of the modulator 5 receives a stimulating signal, for example, in the form of a 5 kHz sine wave from the stimulating signal generator 6. The purpose of the modulator is to convert the stimulating signal so that at the output of the modulator there appears a control signal in the form of a stimulating signal (sinusoid 5 kHz but amplitude proportional to the average electromyogram of donor neuromuscular groups After the modulator, through the power amplifier 7 and the high-pass filter 11, the control signal is supplied to the stimulating electrodes 2 superimposed on the corresponding neuromuscular groups of the recipient. t (cut-off frequency of 3 kHz) is that the power amplifier's own noises do not become part of the induced electromyogram of the recipient (electromyogram in the frequency band of up to 1 kHz). in this case, the function of the outgoing electrodes is also performed, through the low-pass filter 12 (cut-off frequency 1 kHz) and biopotential amplifier 8 is fed to the integrator 9, which performs averaging of the induced electromyogram of the recipient over time. From integrafor 9, the averaged electromyogram of the recipient's neuromuscular groups arrives at one of the inputs of the comparison unit 10, the second input of which receives the averaged electromyogram of the donor's neuromuscular groups (from integrator 4). In block 10, the mean neuromuscular electromyogram values are compared. donor groups with an electromyogram of the respective neuromuscular groups of the recipient, and the error signal is used to correct one or more parameters of the control signal, such as The amplitude of the control signal is entered. Thus, the parameters of the control signal are automatically changed so that at each moment in time the excitation of the recipient's neuromuscular groups is proportional to the excitation of the corresponding neuromuscular groups of the donor. Multi-channel human bioelectric motion control device, each channel of which contains a stimulation circuit consisting of donor and recipient electrodes, an amplifier of biopotentials, an integrator and a modulator, one of the inputs of which is connected to a stimulating signal generator, and the output with a power amplifier and a feedback circuit consisting of series-connected biopotential amplifier and an integrator, the output of the feedback circuit is connected to one of the inputs of the comparison unit, to the other input An output of a stimulation circuit integrator is connected, characterized in that, in order to excite each neuromuscular group of the recipient, it is proportional to exciting the corresponding donor group with sinusoidal stimulation signals, the output of the comparison unit is connected to another input of the modulator in each channel, and the stimulating electrodes are connected to the output power amplifier through a high-pass filter and with the input of the feedback circuit through a low-pass filter. Sources of information taken into account in the examination 1. Modeling in biology and medicine. Issue 2, K. 1966, p. 34-39 (pototip).